一种煤矸石脱炭方法及循环流化床选矿锅炉的制作方法
【专利摘要】一种煤矸石脱炭方法及循环流化床选矿锅炉，该方法包括以下步骤：（1）将经破碎、烘干后的煤矸石置于流化床锅炉的流化床燃烧室内进行燃烧，煤矸石自身产生的高温烟气将热量传给炉壁，传给炉壁的热量提升炉膛的温度至850~950℃，使得煤矸石充分燃烧，进行脱炭；（2）煤矸石燃烧后产生的高温烟气经旋风分离器分离，根据流化床炉压梯度分布，以五氧化二钒的形式分段提取煤矸石中的钒。本发明还包括一种循环流化床选矿锅炉。本发明有效实现发电、供热、煅烧及选矿高效、一体化，能够将煤矸石脱炭至2%以内，且循环流化床选矿锅炉热效率提高5%以上。
【专利说明】一种煤矸石脱炭方法及循环流化床选矿锅炉
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤矸石脱炭技术和循环流化床锅炉选矿技术，特别是一种煤矸石脱炭 方法及循环流化床选矿锅炉。
【背景技术】
[0002] 循环流化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术，可 燃用优质煤、劣质煤、固体废弃物、生物质等燃料，广泛应用于发电、造纸、建材、化工、冶炼 等行业。现有的循环流化床锅炉燃用煤种热值都在2000kcal/kg以上，燃用该热值煤种或 固体颗粒燃料时，燃烧后生成的灰渣综合含炭量高，一般都在5%以上；且燃烧热效率低，仅 70%左右。
[0003] 煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层 伴生的一种含炭量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。高炭矿石是也是煤矸石的一个种类。 高炭矿石和煤矸石在我国现有探明煤炭能源储量所占比重10%左右，其特点是热值低 (500-1500kcal/kg)、比重大、富含多种矿物成分、燃烧困难等。煤矸石高效综合利用是我国 新能源和新材料研究的前沿科学技术，谁首先研发成功，谁就处于市场竞争的有利位置。但 是，目前我国对这方面的研究及利用水平还比较低。
[0004] 微量元素富集是提取煤矸石中钒等微量元素另一个关键技术。矿石或灰(渔)中微 量元素含量越高，提取这些元素也就越容易，成本也就越低。要想提取煤矸石中的微量成分 钒，就必须将矿石含炭量降低到一定水平。目前市场上对富含有价值微量元素脱炭主要有 两种方式，一种是以消耗能源的方式来进行脱炭，另一种是利用自身热量来脱炭。第一种方 式属于高能耗落后技术方式，不符合国家产业政策，已被市场淘汰。第二种方式是利用窑炉 靠煤矸石自身热量来煅烧脱炭，煤矸石脱炭技术采用最好、最多的窑炉是流化床燃烧炉。目 前，现有的流化床炉燃烧后生成的灰含炭量在8%左右，生成的渣含炭量在4%左右，有的流 化床炉灰渣含炭量更高。提取这些流化床炉烧出来的灰渣中微量矿物质成分成本太高，根 本无法生成，所以烧出来的灰渣大都用作水泥或建筑用砖的原材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种成本低，节能降耗，脱炭效 率高的煤矸石脱炭方法及循环流化床选矿锅炉，能够将煤矸石脱炭至2%以内，且循环流化 床选矿锅炉热效率提高5%以上。
[0006] 本发明之煤矸石脱炭方法的技术方案是：一种煤矸石脱炭方法，包括以下步骤： (1) 将经破碎、烘干后的煤矸石置于流化床锅炉的流化床燃烧室内进行燃烧，流化床燃 烧室的热床比为1. 6~2. 5,煤矸石自身产生的高温烟气将热量传给炉壁，传给炉壁的热量提 升炉膛的温度至85(T950°C，使得煤矸石充分燃烧，进行脱炭； (2) 煤矸石燃烧后产生的高温烟气经旋风分离器分离，根据流化床炉压梯度分布，以五 氧化二钒的形式分段提取煤矸石中的钒，使富含五氧化二钒的煤矸石以飞灰的形式随烟气 进入尾部烟道，通过收尘器收集，次富含五氧化二钒的煤矸石以灰渣的形式从返料排灰口 排出，或通过返料通道返回流化床燃烧室进行再循环；低含五氧化二钒的煤矸石以渣的形 式通过排渣口收集。
[0007] 进一步，步骤（1)中，煤矸石自身产生的高温烟气将热量传给炉壁后，炉壁内的炉 水被烟气加热后经汽水分离装置分成饱和蒸汽和饱和的炉水，饱和的炉水进入炉壁内继续 循环流动，维持流化床炉压梯度和炉温；饱和蒸汽则经过热器加热成为过热蒸汽，用于供热 或发电。
[0008] 进一步，步骤（1)中，所述煤矸石充分燃烧所需要的氧气来源是由空气预热器将进 风装置送入的自然状态下的风加热成热空气，热空气分两部分分别进入进风装置和水冷风 室，为煤矸石充分燃烧提供足够的氧气。
[0009] 进一步，步骤（2)中，所述富含五氧化二钒的质量百分比为彡1. 5%，次富含五氧化 二钒的质量百分比为〇. 59Γ1. 4%，低含五氧化二钒的质量百分比为< 0. 5%。
[0010] 进一步，步骤（2)中，所述旋风分离器的分离条件为：最小分离粒径8μηι?ΙΟμπι， 切割粒径dc8?15um。 toon] 本发明之循环流化床选矿锅炉的技术方案是：一种循环流化床选矿锅炉，包括炉 膛，所述炉膛的上方安装有锅筒；所述炉膛的底部一侧外接给料机以及朝向所述炉膛吹风 的进风装置；所述给料机经管路通向所述炉膛下部的流化床燃烧室；所述流化床燃烧室的 下方设有水冷风室和排渣口；所述炉膛的出口烟气上升后进入旋风分离器，所述旋风分离 器的出口烟气上升后经水平烟道转弯至尾部坚井烟道；所述坚井烟道中依次设有尾部受热 面和尾部烟道；所述旋风分离器设置于水平烟道的下方；所述旋风分离器的下方排出口连 接返料通道；所述返料通道的始端设有返料排灰口；所述返料通道的末端通向所述炉膛的 流化床燃烧室；所述炉膛设置有溢料口；所述尾部受热面包括沿烟气流向依次设置的过热 器、高温省煤器、第一空气预热器、中低温省煤器和第二空气预热器。
[0012] 进一步，所述锅筒的出水口管路连接所述炉膛的炉壁进水口；所述炉膛的炉壁出 水口管路连接所述锅筒；所述锅筒的进水口管路连接所述高温省煤器的出口；所述锅筒的 饱和蒸汽出口管路连接所述过热器的进口。
[0013] 进一步，所述过热器包括高温过热器和低温过热器，所述高温过热器、低温过热器 顺次布置于所述旋风分离器的出口烟气流向方向。
[0014] 进一步，所述流化床燃烧室按照热床比为1. 6~2. 5进行设置。
[0015] 进一步，所述旋风分离器为高温绝热旋风分离器或带料腿水冷旋风分离器；当旋 风分离器为带料腿水冷旋风分离器时，所述锅筒的出水口管路连接所述带料腿水冷旋风分 离器的料腿水冷进水口；所述带料腿水冷旋风分离器的料腿水冷出水口管路连接所述锅 筒。
[0016] 本发明与现有技术相比具有如下特点： (1) 循环流化床选矿锅炉热效率提高5%以上； (2) 充分利用煤矸石自身热能，不再采用大量消耗额外高品质能源的方式进行煤矸石 脱炭； (3) 相对于普通窑炉，其脱炭效果更为有效，采用热床比的设计原理，保证脱炭后灰渣 含炭量在2%以内，脱炭到2%以内的煤矸石灰是提取钒等微量元素成分最好的原材料，可以 大大降低生产成本，且煤矸石灰和渣活性特别好，可以直接作为水泥原料； (4)煤矸石经流化床锅炉煅烧后产生的热能可以被用作发电、供热等，实现发电、供热、 煅烧及选矿高效、一体化。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的循环流化床选矿锅炉结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 以下结合附图和【具体实施方式】对本发明的详细结构作进一步描述。
[0019] 实施例1 如图1所示：一种循环流化床选矿锅炉，包括炉膛4,炉膛4的上方安装有锅筒9 ;炉膛4 的底部一侧外接给料机10以及朝向所述炉膛吹风的进风装置12 ;给料机10经管路通向炉 膛4下部的流化床燃烧室3 ;流化床燃烧室3的下方设有水冷风室2和排渣口 1 ;炉膛4的 出口烟气上升后进入旋风分离器6,旋风分离器6的出口烟气上升后经水平烟道转弯至尾 部坚井烟道；坚井烟道中依次设有尾部受热面7和尾部烟道11 ;旋风分离器6设置于水平 烟道的下方；旋风分离器6的下方排出口连接返料通道5 ;返料通道5的始端设有返料排灰 口 8 ;返料通道5的末端通向炉膛4的流化床燃烧室3 ;尾部受热面7包括沿烟气流向依次 设置的过热器、高温省煤器、第一空气预热器、中低温省煤器和第二空气预热器，在图1中 未具体示出。
[0020] 给料机10为螺旋给料机；进风装置为风机电动给风，且风速可调；旋风分离器6 为高温绝热旋风分离器。
[0021] 锅筒9的出水口管路连接炉膛4的炉壁进水口；炉膛4的炉壁出水口管路连接锅 筒9 ;锅筒9的进水口管路连接尾部受热面7中的高温省煤器出口。
[0022] 锅筒9的饱和蒸汽出口管路连接尾部受热面7中的过热器进口，过热器的出口管 路连接用热终端。
[0023] 过热器包括高温过热器和低温过热器，高温过热器、低温过热器顺次布置于旋风 分离器6的出口烟气流向方向。
[0024] 流化床燃烧室3按照热床比为1. 6~2. 5进行设置，其中热床比为煤矸石的热值与 流化床燃烧室3的床面积间的比值；采用热床比的设计原理，可保证脱炭后灰渣含炭量在 2%以内，而脱炭到2%以内的煤矸石灰是提取钒等微量元素成分最好的原材料，可以大大降 低生产成本，且煤矸石灰和渣活性特别好，可以直接作为水泥原料。
[0025] 实施例2 一种煤矸石脱炭方法，包括以下步骤： (1)将经破碎、烘干后的煤矸石置于流化床锅炉的流化床燃烧室3内进行燃烧，流化床 燃烧室3的热床比为1. 6~2. 5,煤矸石自身产生的高温烟气将热量传给炉壁，传给炉壁的热 量提升炉膛4的温度至85(T95(TC，使得煤矸石充分燃烧，进行脱炭；而煤矸石充分燃烧所 需要的氧气来源是由尾部受热面7中的空气预热器将进风装置12送入的自然状态下的风 加热成热空气，热空气分两部分分别进入进风装置12和水冷风室2,为煤矸石充分燃烧提 供足够的氧气； (2)煤矸石燃烧后产生的高温烟气经旋风分离器6分离，根据流化床炉压梯度分布，以 五氧化二钒的形式分段提取煤矸石中的钒，使富含五氧化二钒的煤矸石以飞灰的形式随烟 气进入尾部烟道11，通过收尘器收集，次富含五氧化二钒的煤矸石以灰渣的形式从返料排 灰口 8排出，或通过返料通道5返回流化床燃烧室3进行再循环；低含五氧化二钒的煤矸石 以渣的形式通过排渣口 1收集。其中，富含五氧化二钒的质量百分比为彡1. 5%，次富含五氧 化二钒的质量百分比为0. 59Γ1. 4%，低含五氧化二钒的质量百分比为< 0. 5%。
[0026] 本实施例中，旋风分离器为高温绝热旋风分离器，由敷有耐磨耐火材料组成，最小 分离粒径8 μ m?10 μ m，切割粒径dc8~15um，总分离效率约99%。经过旋风分离器净化的 高温烟气，由于夹带的灰粒较少又细，对后部的受热面管路磨损不大，有效提高了锅炉的寿 命。
[0027] 在流化床炉压梯度分布中，煤矸石自身产生的高温烟气将热量依次传给炉壁、尾 部受热面7。锅炉给水进入尾部受热面7中的高温省煤器中，受高温烟气加热后进入锅筒 9,锅筒9内的炉水经管路分别进入炉膛4的炉壁内，炉壁内的炉水被高温烟气加热后成为 汽水混合物进入锅筒9,在锅筒9内由汽水分离装置将汽水混合物分成饱和蒸汽和饱和的 炉水，饱和的炉水进入炉壁内继续循环流动，维持流化床炉压梯度和炉温；饱和蒸汽则经管 路引入尾部受热面7中的过热器，在过热器加热后成为过热蒸汽，用于供热或发电。其中， 过热蒸汽的出口压力为3. 82MPa，过热蒸汽的温度为450°C。降温后，烟气通过尾部烟道11 排出锅炉。
[0028] 经高温脱炭后，煤矸石的含炭量降低至2%以下，且循环流化床选矿锅炉热效率提 闻5%以上。
[0029] 实施例3 本实施例与实施例1的区别在于，给料机10为皮带给料机；旋风分离器6为带料腿水 冷旋风分离器。
[0030] 锅筒9的出水口管路连接带料腿水冷旋风分离器的料腿水冷进水口；带料腿水冷 旋风分离器的料腿水冷出水口管路连接锅筒9。
【权利要求】
1. 一种煤矸石脱炭方法，其特征是：包括以下步骤： (1) 将经破碎、烘干后的煤矸石置于流化床锅炉的流化床燃烧室内进行燃烧，流化床燃 烧室的热床比为1. 6~2. 5,煤矸石自身产生的高温烟气将热量传给炉壁，传给炉壁的热量提 升炉膛的温度至85(T950°C，使得煤矸石充分燃烧，进行脱炭； (2) 煤矸石燃烧后产生的高温烟气经旋风分离器分离，根据流化床炉压梯度分布，以五 氧化二钒的形式分段提取煤矸石中的钒，使富含五氧化二钒的煤矸石以飞灰的形式随烟气 进入尾部烟道，通过收尘器收集，次富含五氧化二钒的煤矸石以灰渣的形式从返料排灰口 排出，或通过返料通道返回流化床燃烧室进行再循环；低含五氧化二钒的煤矸石以渣的形 式通过排渣口收集。
2. 根据权利要求1所述的煤矸石脱炭方法，其特征是：步骤（1)中，煤矸石自身产生的 高温烟气将热量传给炉壁后，炉壁内的炉水被烟气加热后经汽水分离装置分成饱和蒸汽和 饱和的炉水，饱和的炉水进入炉壁内继续循环流动，维持流化床炉压梯度和炉温；饱和蒸汽 则经过热器加热成为过热蒸汽，用于供热或发电。
3. 根据权利要求1或2所述的煤矸石脱炭方法，其特征是：步骤（1)中，所述煤矸石充 分燃烧所需要的氧气来源是由空气预热器将进风装置送入的自然状态下的风加热成热空 气，热空气分两部分分别进入进风装置和水冷风室，为煤矸石充分燃烧提供足够的氧气。
4. 根据权利要求1或2所述的煤矸石脱炭方法，其特征是：步骤（2)中，所述富含五氧 化二钒的质量百分比为彡1. 5%，次富含五氧化二钒的质量百分比为0. 59Γ1. 4%，低含五氧 化二钒的质量百分比为< 0. 5%。
5. 根据权利要求1或2所述的煤矸石脱炭方法，其特征是：所述旋风分离器的分离条 件为：最小分离粒径8 μ m?10 μ m，切割粒径dc8~15um。
6. -种循环流化床选矿锅炉，包括炉膛，所述炉膛的上方安装有锅筒；所述炉膛的底 部一侧外接给料机以及朝向所述炉膛吹风的进风装置；所述给料机经管路通向所述炉膛下 部的流化床燃烧室；所述流化床燃烧室的下方设有水冷风室和排渣口；所述炉膛的出口烟 气上升后进入旋风分离器，所述旋风分离器的出口烟气上升后经水平烟道转弯至尾部坚井 烟道；所述坚井烟道中依次设有尾部受热面和尾部烟道；所述旋风分离器设置于水平烟道 的下方；所述旋风分离器的下方排出口连接返料通道；其特征是：所述返料通道的始端设 有返料排灰口；所述返料通道的末端通向所述炉膛的流化床燃烧室；所述炉膛设置有溢料 口；所述尾部受热面包括沿烟气流向依次设置的过热器、高温省煤器、第一空气预热器、中 低温省煤器和第二空气预热器。
7. 根据权利要求6所述的循环流化床选矿锅炉，其特征是：所述锅筒的出水口管路连 接所述炉膛的炉壁进水口；所述炉膛的炉壁出水口管路连接所述锅筒；所述锅筒的进水口 管路连接所述高温省煤器的出口；所述锅筒的饱和蒸汽出口管路连接所述过热器的进口。
8. 根据权利要求6或7所述的循环流化床选矿锅炉，其特征是：所述过热器包括高温 过热器和低温过热器，所述高温过热器、低温过热器顺次布置于所述旋风分离器的出口烟 气流向方向。
9. 根据权利要求6或7所述的循环流化床选矿锅炉，其特征是：所述流化床燃烧室按 照热床比为1.6~2.5进行设置。
10. 根据权利要求6或7所述的循环流化床选矿锅炉，其特征是：所述旋风分离器为高 温绝热旋风分离器或带料腿水冷旋风分离器；当旋风分离器为带料腿水冷旋风分离器时， 所述锅筒的出水口管路连接所述带料腿水冷旋风分离器的料腿水冷进水口；所述带料腿水 冷旋风分离器的料腿水冷出水口管路连接所述锅筒。
【文档编号】F23C10/18GK104100967SQ201410362292
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】曹希新, 夏卓林, 周跃兵 申请人:湖南长宏锅炉科技股份有限公司